工程材料学 第2章.ppt

1、1南京航空航天大学Nanjing University of Aeronautics and Astronautics22-1 固态合金中的相结构固态合金中的相结构 合金：合金：由两种或以上金属元素或金属与非金属由两种或以上金属元素或金属与非金属组成的组成的具有金属特性具有金属特性的物质的物质。 组元：组元：组成合金的独立的最基本的单元（一般组成合金的独立的最基本的单元（一般是一种元素或一种稳定的化合物）。是一种元素或一种稳定的化合物）。 相：相： 具有相同化学成分、相同晶体结构和相同具有相同化学成分、相同晶体结构和相同的物理或化学性能，并与该合金系统其它部分的物理或化学性能，并与该合金系统其

2、它部分有有明显分界明显分界的均匀组成部分。的均匀组成部分。 组织：组织：用显微镜观察到的材料的微观形貌。用显微镜观察到的材料的微观形貌。3组织组织相相1：Ni相相2：Cu-10Sn明显的分界明显的分界合金合金组元组元1：Cu组元组元2：Sn图片出自：胥橙庭图片出自：胥橙庭,沈以赴沈以赴,顾冬冬顾冬冬. 稀有稀有金属材料与工程金属材料与工程, 2005, 34: 341-344. 4按照合金中组元原子的存在方式，合金可分为两按照合金中组元原子的存在方式，合金可分为两类基本的相结构：类基本的相结构：固溶体固溶体和和金属间化合物金属间化合物。(1) 固溶体固溶体组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、

3、且组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构结构与组元之一相同与组元之一相同的固相称为的固相称为固溶体固溶体A（B）。）。A：溶剂；溶剂；B：溶质溶质。5固溶体的分类固溶体的分类 无序固溶体无序固溶体 有序固溶体有序固溶体 分布有序度分布有序度 无限固溶体无限固溶体 有限固溶体有限固溶体溶解度溶解度 原子半径较小原子半径较小 间隙固溶体间隙固溶体 晶格类型相同，原子半径相差不晶格类型相同，原子半径相差不大，电化学性质相近大，电化学性质相近置换固溶体置换固溶体 溶质原子溶质原子的位置的位置 6置换固溶体示意图置换固溶体示意图间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图7固溶强化固溶强化由于溶质原子溶入溶剂

4、晶格产生由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸变晶格畸变，以及对位错的以及对位错的钉扎作钉扎作用用，阻碍了位错的运动，而造成材料强度、硬度升高，塑性和韧，阻碍了位错的运动，而造成材料强度、硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。性没有明显降低。溶质原子溶入溶质原子溶入晶格畸变晶格畸变位错运动阻力上升位错运动阻力上升金属塑性变金属塑性变形困难形困难强度、硬度升高。强度、硬度升高。形成固溶体时的晶格畸变形成固溶体时的晶格畸变8图片出自：图片出自：W. P. Tong, N. R. Tao, Z. B. Wang, J. Lu, K. Lu. Nitriding Iron at Lower Temperatu

5、res. SCIENCE 299 (2003) 686-688. 固溶强化固溶强化 SCIENCE 纳米化表层纳米化表层(10m)FeN2-Fe23N相相(颗粒颗粒)固溶强化固溶强化9(2) 金属间化合物金属间化合物 金属间化合物是合金组元相互作用而形成的具有金金属间化合物是合金组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物的化合物中间相中间相。 两组元有一定比例，可用化学式两组元有一定比例，可用化学式AmBn表示。表示。 特点：特点：金属间化合物一般有较高的熔点、较高的硬金属间化合物一般有较高的熔点、较高的硬度和度和

6、较大的脆性较大的脆性。合金中出现化合物时，可提高强合金中出现化合物时，可提高强度、硬度和耐磨性，但度、硬度和耐磨性，但降低塑性降低塑性。10 正常价化合物正常价化合物 l周期表上相距较远、周期表上相距较远、电化学性质相差较大电化学性质相差较大的两元素的两元素容易形成正常价化合物。其特点是符合一般化合物容易形成正常价化合物。其特点是符合一般化合物的原子价规律，成分固定，并可用化学式表示。如的原子价规律，成分固定，并可用化学式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS，SiC等。等。l正常价化合物具有正常价化合物具有高的硬度高的硬度和和脆性脆性。当其在合金中当其在合金中弥散分布于固溶体基体

7、中时，将起到弥散分布于固溶体基体中时，将起到强化相强化相的作用，的作用，使合金强化。使合金强化。11SiC-particulate reinforced Al metal matrix composite (MMC)Ni-P/SiCCo-P/SiC图片出自：图片出自：Ewa Rudnik. Surf. Coat Technol. 202 (2008) 2584. 12 电子化合物电子化合物l电子化合物是由电子化合物是由第第族或过渡族元素族或过渡族元素与与第第至第至第族元族元素素结合而成的。它们不遵循原子价规律，而结合而成的。它们不遵循原子价规律，而服从电子浓服从电子浓度规律度规律。l电子浓度电

8、子浓度是指合金中化合物的价电子数目与原子数目的是指合金中化合物的价电子数目与原子数目的比值。比值。l电子化合物具有高的熔点和硬度，但电子化合物具有高的熔点和硬度，但塑性较低塑性较低，一般只一般只能作为能作为强化相强化相存在于合金（特别是有色金属合金）中。存在于合金（特别是有色金属合金）中。l电子化合物的结构取决于电子浓度，当电子浓度为电子化合物的结构取决于电子浓度，当电子浓度为3/2时，晶体结构为时，晶体结构为体心立方体心立方晶格，称为晶格，称为相相；电子浓度为；电子浓度为21/13时，晶体结构为时，晶体结构为复杂立方复杂立方晶格，称为晶格，称为相相；电子浓；电子浓度为度为7/4时，晶体结构为

9、时，晶体结构为密排六方密排六方晶格，称为晶格，称为相相(Epsilon)。1314 间隙化合物间隙化合物 l间隙化合物间隙化合物是由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼是由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等等原子半径较小原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物的非金属元素形成的金属化合物。l根据组成元素原子半径比值及结构特征的不同，可根据组成元素原子半径比值及结构特征的不同，可将间隙化合物分为将间隙化合物分为两类两类：15l(A) 间隙相间隙相：r非非/r金金 0.59时形时形 成的具有简单晶成的具有简单晶格结构的间隙化合物。格结构的间隙化合物。如：如：lM4X (Fe4N)、lM2X (Fe2N、

10、W2C)、lMX (TiC、VC、TiN)等。等。 VC的结构的结构VC面心立方晶格，面心立方晶格，V原子占原子占据晶格正常位置，而据晶格正常位置，而C原子规原子规则分布在晶格的空隙之中。则分布在晶格的空隙之中。这类化合物还可相互溶解，这类化合物还可相互溶解，结构相同的两种化合物之间结构相同的两种化合物之间甚至可以形成无限互溶，如甚至可以形成无限互溶，如ZrC-TiC，TiC-VC，ZrC-NbC。16 间隙相间隙相具有极高具有极高的熔点、硬度和的熔点、硬度和脆性，而且十分脆性，而且十分稳定，是稳定，是高合金高合金工具钢工具钢的重要组的重要组成相，也是成相，也是硬质硬质合金合金和和高温金属高温

11、金属陶瓷陶瓷材料的重要材料的重要组成相。组成相。抛光抛光 WC断口断口 WC抛光抛光 WC-1VC断口断口 WC-1VC抛光抛光 WC-4VC抛光抛光 WC-12VC图片出自：图片出自：S.G. Huang. Int. J. Refractory Metal Hard Mater. 26 (2008) 256. 17纯纯Ti表面合成表面合成TiC-ZrC涂层涂层图片出自：图片出自：D. Ferro. Surf. Coat Technol. 202 (2008) 1455. 18l(B)具有复杂结构的间隙化具有复杂结构的间隙化合物合物l如如FeB、Fe3C、Cr23C6等。其等。其中中Fe3C称

12、称渗碳体渗碳体，是钢中重要，是钢中重要强化相，具有复杂斜方晶格。强化相，具有复杂斜方晶格。Fe3C的晶格的晶格19类型类型简单结构间隙化合物简单结构间隙化合物复杂结构间复杂结构间隙化合物隙化合物化学式化学式TiCZrCVCNbCTaCWCMoCCr23 C6Fe3 C硬度硬度HV28502840201020501550173014801650800熔点熔点/3080347220265036805039802785 5252715771227钢中常见间隙化合物的硬度及熔点钢中常见间隙化合物的硬度及熔点20组元组元：组成合金的独立的最基本的单元。一般是组成合金的独立的最基本的单元。一般是一种元素一

13、种元素（如（如Pb-Sn合金中的合金中的Pb和和Sn） 或一种稳或一种稳定的化合物定的化合物（如（如Fe3C） 。合金系合金系： 由两个或两个以上组元按不同比例配制由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金成的一系列不同成分的合金（如（如Pb-Sn系，系，Fe-Fe3C 系）系） 。相图相图：用来表示合金系中各个合金的用来表示合金系中各个合金的结晶过程结晶过程的的简明图。简明图。2-2-1 名词涵义名词涵义21 相图上所表示的组织都相图上所表示的组织都是在非常缓慢冷却的条是在非常缓慢冷却的条件下获得的，都是接近件下获得的，都是接近平衡状态的组织，也称平衡状态的组织，也称为为平衡

14、图平衡图。 相图相图是用图解的方法表是用图解的方法表示合金系中各种合金状示合金系中各种合金状态与态与温度温度和和成分成分之间关之间关系，也称为系，也称为状态图状态图。Cu-Ni相图相图相图的意义：相图的意义：分析合金组分析合金组织的重要参考资料；制定织的重要参考资料；制定热加工工艺的重要依据。热加工工艺的重要依据。Cu-Sn相图相图22l本科学习的相图理论，管用！本科学习的相图理论，管用！l再先进的制备及加工工艺，背后隐藏再先进的制备及加工工艺，背后隐藏的基本机理，也许还要回归到经典理论。的基本机理，也许还要回归到经典理论。l【给我印象最深刻的一句评审意见，给我印象最深刻的一句评审意见，美国美

15、国矿物、金属和材料学会（矿物、金属和材料学会（TMS）主办的国）主办的国际著名期刊际著名期刊Metallurgical and Materials Transactions B】The authors are recommended to use relevant phase diagrams to explain their results. This would be useful even if the laser sintered materials are not in equilibrium. 23现代激光加工工艺现代激光加工工艺中涉及的冶金机理中涉及的冶金机理 借助传统合金相图借

16、助传统合金相图作合理解释作合理解释 24u相图用相图用纵坐标表示温度变化，横坐标表示成分变化纵坐标表示温度变化，横坐标表示成分变化。一般采用一般采用热分析法热分析法。原理是凝固时释放凝固潜热。原理是凝固时释放凝固潜热。u以以Cu-Ni合金为例，说明热分析法建立相图的步骤：合金为例，说明热分析法建立相图的步骤：u1）配制）配制不同成分不同成分的的Cu-Ni合金。合金。u2）将合金熔化后，测定它们的）将合金熔化后，测定它们的冷却曲线冷却曲线，并找出，并找出曲线上曲线上临界点临界点（即（即转折点转折点和和停歇点停歇点）。）。u3）将上述数据引入相应成分的温度）将上述数据引入相应成分的温度-成分坐标图

17、中。成分坐标图中。u4）将物理意义相同的临界点连成曲线，即得）将物理意义相同的临界点连成曲线，即得Cu-Ni合金相图。合金相图。2-2-2 相图的建立相图的建立25：纯铜纯铜 ：75%Cu+25%Ni：50%Cu+50%Ni：25%Cu+75%Ni ：纯纯Ni金属和合金在冷却到该温度时发生了金属和合金在冷却到该温度时发生了冷却速度的突然改变。冷却速度的突然改变。【原因原因】金属金属和合金在结晶（相变）时有结晶潜热和合金在结晶（相变）时有结晶潜热释放，抵消了部分或全部热量的散失。释放，抵消了部分或全部热量的散失。结晶开始结晶开始结晶中了结晶中了262-3-1 匀晶相图分析匀晶相图分析两组元在液态

18、和固态下均能两组元在液态和固态下均能以任何比例以任何比例相互溶解，相互溶解，冷却时发生匀晶转变的合金系的相图是冷却时发生匀晶转变的合金系的相图是匀晶相图。匀晶相图。Cu-Ni合金匀晶相图合金匀晶相图点：点：A，B线：线： 液相线液相线 固相线固相线区区：L L+272-3-2 合金的平衡结晶过程合金的平衡结晶过程以以点成分的点成分的Cu-Ni合金合金（Ni的质量分数为的质量分数为40%）为例分析结晶过程。为例分析结晶过程。匀晶结晶特点：匀晶结晶特点：固溶体结晶是在固溶体结晶是在一个温度区间一个温度区间内进行，即为一个变内进行，即为一个变温结晶过程。温结晶过程。在两相区内，温度一定时，两相的成分

19、（即在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）含量）是确定的。是确定的。先结晶出的固溶体和后结晶出的固溶体成分不同。先结晶出的固溶体和后结晶出的固溶体成分不同。平衡结晶平衡结晶条件下，可通过条件下，可通过原子扩散原子扩散使成分均匀化，使成分均匀化，最终获得与原合金成分相同的单相最终获得与原合金成分相同的单相固溶体。固溶体。与纯金属一样，与纯金属一样，固溶体从液相中结晶出来的过程固溶体从液相中结晶出来的过程中，包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向中，包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向于于树枝状长大树枝状长大。282-3-3 杠杆定律及应用杠杆定律及应用匀晶相图合金的结晶过程匀晶相

20、图合金的结晶过程QLQa29QLab= Qa bc 杠杆定律杠杆定律 杠杆的两个杠杆的两个端点端点为给定温度时两相的成分点，为给定温度时两相的成分点，而而支点支点为合金的成分点。为合金的成分点。杠杆定律与力学比喻杠杆定律与力学比喻QLQabcabQQ%L%aLa30【证明证明】Q合金，其中合金，其中Ni含量含量b%；T1温度时，温度时，L相中相中Ni质量分数质量分数a%，a相中相中Ni质量分数质量分数c%。Q0 b%=QL a% + Qa c%又因为又因为 Q0=QL+Qa 所以所以 （QL+Qa ） b% = QL a% + Qa c%bcabbcabQQLaQ0合金总质量，合金总质量，QL

21、液相质量，液相质量，Qa固相质量。固相质量。31 由杠杆定律可算出由杠杆定律可算出T1时液相和固相在合金中质量分数：时液相和固相在合金中质量分数： 运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的两相区，并且运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的两相区，并且只能在平衡状态下使用。只能在平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：杠杆定律的应用： 确定某一温度下两平衡相的成分；确定某一温度下两平衡相的成分； 确定某一温度下两平衡相的相对量。确定某一温度下两平衡相的相对量。acabaQQacbcLQQ%,%0a0L32实际金属的结晶主要以树枝状长大：实际金属的结晶主要以树枝状长大：这是由于这是由于当冷却当冷却速度较大

22、，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的速度较大，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的温度会温度会高于高于近处液体的温度，形成近处液体的温度，形成负温度梯度负温度梯度，且且晶晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴一次轴，一，一次轴又会产生次轴又会产生二次轴二次轴，树枝间最后被填充。，树枝间最后被填充。2-3-4 非平衡结晶与固溶强化非平衡结晶与固溶强化33金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶冰的树枝晶34 固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不原子扩散不能充

23、分进行能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。，则形成成分不均匀的固溶体。 一个晶粒中一个晶粒中先结晶先结晶的树枝晶晶枝的树枝晶晶枝含高熔点组元较多含高熔点组元较多，后结后结晶晶的树枝晶晶枝含的树枝晶晶枝含低熔点组元较多低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析枝晶偏析。 消除枝晶偏析的方法采用消除枝晶偏析的方法采用扩散退火（或均匀化退火）扩散退火（或均匀化退火）。性能不均匀性能不均匀成分不均匀成分不均匀组织不均匀组织不均匀富富Ni区区富富Cu区区35匀晶相图与固溶强化匀晶相图与固溶强化有限溶解的两组元匀晶反应

24、，随温度下降，两组元有限溶解的两组元匀晶反应，随温度下降，两组元溶解度也会下降，通过原子扩散，使溶质组元从溶溶解度也会下降，通过原子扩散，使溶质组元从溶剂组元中析出。但若冷速较快，原子扩散受抑制，剂组元中析出。但若冷速较快，原子扩散受抑制，溶质组元析出溶质组元析出来不及完成来不及完成，室温可获得，室温可获得高浓度溶质高浓度溶质组元合金，破坏了成分平衡，引起组元合金，破坏了成分平衡，引起溶剂晶格较大畸溶剂晶格较大畸变变，使合金强度上升，塑性、韧性下降，产生固溶，使合金强度上升，塑性、韧性下降，产生固溶强化。强化。362-4-1 相图分析相图分析PbSn合金相图合金相图这种由一种液相在恒这种由一种

25、液相在恒温下同时结晶出两种温下同时结晶出两种固相的反应叫做固相的反应叫做共晶共晶反应反应。所生成的两相。所生成的两相混合物叫混合物叫共晶体共晶体。水。水平线平线ced为为共晶反应线共晶反应线。dcL37组元组元: : Pb，Sn相相: : L，（是是Sn在在Pb中的有限固溶体；中的有限固溶体；是是Pb在在Sn中的有限固溶体）中的有限固溶体）点、线：点、线：a，b，c，d，e液相线液相线 ： aeb 固相线固相线 ： acedb 共晶反应线共晶反应线：ced，在共晶温度发生共晶反应，转变过程中，在共晶温度发生共晶反应，转变过程中 是三相（是三相（L， ， ）共存。共存。 溶解度线溶解度线：cf

26、， Sn在在相中的溶解度线，或称相中的溶解度线，或称相的固溶线；相的固溶线； 固溶体中固溶体中Sn 的溶解度极限曲线的溶解度极限曲线； dg ， Pb在在相中溶解度线，或称相中溶解度线，或称相的固溶线；相的固溶线； 固溶体中固溶体中Pb的溶解度极限曲线。的溶解度极限曲线。共晶相图：共晶相图：两组元液态时彼此两组元液态时彼此无限无限互溶互溶，固态下彼此，固态下彼此部分固溶部分固溶，并发，并发生共晶转变的合金系形成的相图。生共晶转变的合金系形成的相图。38 相区：相区：三个单相区三个单相区：L、（、是有限固溶体）是有限固溶体）三个双相区三个双相区：L+、 L +、 +三相区三相区： L+（水平线水

27、平线） 共晶体：共晶体： 共晶反应产生共晶体（共晶反应产生共晶体（+）。）。39(1)合金合金IV的平衡结晶过程的平衡结晶过程温度降低，固溶体溶解度下温度降低，固溶体溶解度下降。从固态降。从固态相中析出相中析出富富Sn的的相称为二次相称为二次，常写作常写作。这种二次结晶可表示为这种二次结晶可表示为 。由于固溶体中溶解度的减少而析出另一固相的反应叫由于固溶体中溶解度的减少而析出另一固相的反应叫二次析出反应或脱溶过程二次析出反应或脱溶过程。2-4-2 典型合金的结晶过程典型合金的结晶过程 0 1 2 3 4匀晶匀晶 不变不变 析出析出富富Sn的的相在冷却过程中，相在冷却过程中，当超过其固溶度时，会

28、析出当超过其固溶度时，会析出低低Sn的的相，相，。40室温组织：室温组织：+IIII合金合金IVIV冷却曲线及结晶过程冷却曲线及结晶过程二次相通常沿初生相二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在的晶界析出，也可在晶内沿缺陷处析出。晶内沿缺陷处析出。41运用杠杆定律，两相的质量分数：运用杠杆定律，两相的质量分数： 合金合金IV室温室温组织组织由由和和两两相相组成。组成。）或%1%(%100%100%II4II4fgfxfggx42（ 共晶合金）共晶合金） Le c + d合金室温组织全部为共晶体，即只含合金室温组织全部为共晶体，即只含一种组织一种组织组成物组成物（即（即共晶体共晶体）；而其组成相仍为

29、）；而其组成相仍为和和两相两相。(2)合金合金I的平衡结晶过程的平衡结晶过程43 共晶合金组织的形态共晶合金组织的形态( 机械混合物，两相机械混合物，两相交替分布，黑色片层交替分布，黑色片层为富为富Pb的的相，白色相，白色基体为富基体为富Sn的的相）相）室温时：室温时：合金的室温组织为共晶体合金的室温组织为共晶体, 即只含即只含一种组织一种组织组成物组成物; 其组成其组成相相仍为仍为 和和 相。相。共晶转变温度时：共晶转变温度时：相组成物相组成物， cdcecded,共晶转变温度以下：共晶转变温度以下：共晶体中共晶体中和和二次结晶二次结晶, 从从 中析出中析出II, 从从 中析出中析出II。成

30、分由成分由 cf, 成分由成分由 d g。两种相的相对重量依杠杆定律变化两种相的相对重量依杠杆定律变化。II和和II 同同和和相连在一起相连在一起, 共晶体形共晶体形态和成分不发生变化态和成分不发生变化。44（亚共晶合金）亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即匀晶反应结晶过程分三个阶段，即匀晶反应+共晶反应共晶反应+二次结晶反应。二次结晶反应。 L初初+L 初初+（c+d) 初初+II+（+）【共晶组织中二次相的析出忽略共晶组织中二次相的析出忽略】合金室温组织：合金室温组织：初生初生+(+)，合金组成相：合金组成相：和和。(3)合金合金II的平衡结晶过程的平衡结晶过程45PbSn亚共晶组织亚共晶组

31、织黑色斑状组织（三维形态黑色斑状组织（三维形态为粗大树枝晶）为初生相为粗大树枝晶）为初生相共晶组织共晶组织(+)二次相二次相46室温下，室温下，组成相组成相(，)质量分数：质量分数： %100%3fggx%100%3fgfx47组织组成物组织组成物质量分数质量分数： 在共晶温度时在共晶温度时%1002%L%1002ceccee初48室温下室温下初生初生+(+)，次生相次生相 与初生相与初生相 成分和成分和结构完全相同，是结构完全相同，是同一种同一种相相；但形貌特征、分布完；但形貌特征、分布完全不同，属于全不同，属于两种组织两种组织。%1002%cec%1002%IIceefgfcfgfc初%1

32、002%ceefggcfggc初初49位于共晶点位于共晶点e点右侧和点右侧和d点以左的合金称为点以左的合金称为过共过共晶合金晶合金。(4) 合金合金III的平衡结晶过程的平衡结晶过程（过共晶合金）过共晶合金）合金合金III结晶过程与合金结晶过程与合金II相似，只是匀晶产物相似，只是匀晶产物为初晶为初晶 ，二次结晶产，二次结晶产物为物为 。室温组织为室温组织为 +（ + ）+ 。50组织标注相图组织标注相图 填写组织组成物的填写组织组成物的PbSn相图相图512-4-3 时效强化时效强化当次生相以细小粒状形式分布在较软的固溶体基体上时，由当次生相以细小粒状形式分布在较软的固溶体基体上时，由于次生

33、相对位错运动的阻碍作用，使材料的强度提高的现象称于次生相对位错运动的阻碍作用，使材料的强度提高的现象称沉淀强化沉淀强化。由于由于固溶处理时抑制了过饱和固溶体的析出过程，形成溶质固溶处理时抑制了过饱和固溶体的析出过程，形成溶质原子富集区，引起固溶体畸变，原子富集区，引起固溶体畸变，使位错运动受到阻碍，从而提使位错运动受到阻碍，从而提高了强度。随时间的延长作用强化效果进一步提高，所以称为高了强度。随时间的延长作用强化效果进一步提高，所以称为时效强化时效强化。T固溶体的溶解度固溶体的溶解度 脱溶转变脱溶转变析出沉淀相析出沉淀相T固溶体的溶解度固溶体的溶解度 次生相来不及析出次生相来不及析出过饱和固溶

34、体过饱和固溶体冷却速率足够缓慢冷却速率足够缓慢快冷快冷固溶处理固溶处理522-5-1 二元共析相图二元共析相图在二元合金中，若合金冷却到固态时，还能发生由在二元合金中，若合金冷却到固态时，还能发生由一个固相同一个固相同时分解形成两个新的固相时分解形成两个新的固相，这种相图叫，这种相图叫共析相图共析相图。此两相混合。此两相混合物称为物称为共析体共析体。与共晶反应不同点：与共晶反应不同点：1）共析反应是固态反应，原子的扩散困难，组织更细。）共析反应是固态反应，原子的扩散困难，组织更细。2）因母相与子相的比容不同，反应后易引起较大的内应力。）因母相与子相的比容不同，反应后易引起较大的内应力。53具有

35、共析反应的二元合金相图具有共析反应的二元合金相图542-5-2 包晶反应的合金相图包晶反应的合金相图 PtAg合金相图合金相图 包晶包晶L+55匀晶匀晶L 共晶共晶L+ 共析共析 + 包晶包晶L+56二元合金两相平衡时，两相成分均随温度而变化。其具体二元合金两相平衡时，两相成分均随温度而变化。其具体数值可由恒温水平线与两相区相界线的交点来确定。温度数值可由恒温水平线与两相区相界线的交点来确定。温度变化时，两平衡相成分也分别沿两条相界线相应变化。变化时，两平衡相成分也分别沿两条相界线相应变化。二元相图的二元相图的三相平衡区三相平衡区是一条水平线。它与三个单相区均是一条水平线。它与三个单相区均以以

36、点接触点接触。从三个单相区的相互位置，可以判断三相平衡。从三个单相区的相互位置，可以判断三相平衡的性质。的性质。分析复杂相图时，首先要弄清单相区，然后找出三相区、分析复杂相图时，首先要弄清单相区，然后找出三相区、三相点，再弄清三相平衡转变类型。三相点，再弄清三相平衡转变类型。牢记：牢记：两个单相区之间必有一个由这两相组成的两个单相区之间必有一个由这两相组成的两相区隔两相区隔开开，而不能以一条直线接界；两个两相区之间必须以一个，而不能以一条直线接界；两个两相区之间必须以一个单相区单相区或或三相区三相区隔开。隔开。相区接触法则相区接触法则：相图中相邻相区相相图中相邻相区相数之差均为数之差均为1（点

37、接触除外）（点接触除外）。二元合金相图小结二元合金相图小结57 合金性能取决于其成分和组织，而相图表明不同成分合金在室合金性能取决于其成分和组织，而相图表明不同成分合金在室温下的平衡组织，合金性能与相图之间存在一定联系。温下的平衡组织，合金性能与相图之间存在一定联系。2-6-1 合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系匀晶相图：匀晶相图： 溶质元素溶质元素晶格畸变大晶格畸变大强度、硬度强度、硬度，电阻率，电阻率共晶相图：共晶相图： 在单相区与匀晶相图相同。在单相区与匀晶相图相同。复相组织区复相组织区（如共晶转变范围），（如共晶转变范围），合金的强度、硬度和物理性能随成分的变化呈直线

38、关系，大致合金的强度、硬度和物理性能随成分的变化呈直线关系，大致是两相性能的算术平均值。是两相性能的算术平均值。HB=HB % + HB % 对组织较敏感的性能对组织较敏感的性能（强度（强度），与组成相或组织组成物的形态与组成相或组织组成物的形态关系密切。组成相或组织组成物关系密切。组成相或组织组成物越细密越细密，强度越高强度越高。 共晶点处共晶点处，共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度达最共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度达最高值。高值。582-6-2 合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系(1) 铸造性能铸造性能 液态合金的液态合金的流动性流动性以及产生以及产生缩孔

39、、缩松缩孔、缩松和和偏析倾向偏析倾向等。等。 液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小合金的流动性好合金的流动性好有利于浇注。有利于浇注。 液固相线距离大液固相线距离大枝晶偏析倾向愈大，合金流动性愈差，枝晶偏析倾向愈大，合金流动性愈差，形成分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化。形成分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化。 因此铸造合金的成分常取因此铸造合金的成分常取共晶成分共晶成分和和接近共晶成分接近共晶成分或选择或选择 结晶温度间隙最小结晶温度间隙最小的成分。这种成分合金流动性好，易形成的成分。这种成分合金流动性好，易形成集中缩孔，铸件致密，铸造性能最好。集中缩孔，铸件致密，铸造性能最好。 (2)锻造、轧制性能锻造、轧制性能 单相固溶体合金变形抗力小，变形均匀，不易开裂，塑性、单相固溶体合金变形抗力小，变形均匀，不易开裂，塑性、韧性好，所以共晶线两侧的合金适合于锻压。单相固溶体的韧性好，所以共晶线两侧的合金适合于锻压。单相固溶体的硬度较低，切削加工性较差。硬度较低，切削加工性较差。